Motion control specialist Moog heeft een ‘self sensing closed loop’ bladverstelregeling (pitch control) voor windturbines ontwikkeld. De pitchregeling kan zorgen voor een veilig bedrijf van windturbines tijdens sterk uiteenlopende condities.
De nieuwe pitchregeling maakt het mogelijk synchrone motoren te gebruiken voor bladverstelling. Het systeem kan de motoren in een closed loop snelheidsregeling houden, zelfs als een storing optreedt in de terugkoppeling van de motorpositie. Dit voorkomt hoge turbinebelastingen die bij traditionele benaderingen zouden voortvloeien uit niet-gesynchroniseerde verstelsnelheden in de turbine.
Pitchregeling
Een pitch control system voor windturbines heeft twee essentiële functies: Ten eerste fungeert het als actuator voor de regeling van het turbinetoerental en vermogensregeling als de windsnelheid hoger is dan de nominale waarden. Op de tweede plaats fungeert het systeem als actuator voor het remsysteem van de windturbine.
Er zijn al verschillende open loop regelschema’s beschikbaar om de verstelactuator naar de vaanstand te brengen voor het geval het terugkoppelsignaal van de aspositie uitvalt: hydraulische aandrijvingen, verstelactuatoren met gelijkstroommotoren en met draaistroom inductiemotoren. Maar alle drie hebben een gemeenschappelijk nadeel: de snelheid van elke individuele as is sterk afhankelijk van de door het blad uitgeoefende belasting. De nieuwe pitchregeling van Moog ondervangt dit nadeel.
Synchrone verstelling
Om de turbine tot stilstand te brengen moeten alle drie bladen in vaanstand worden geplaatst. Om de belastingen op alle structuurdelen tijdens dit proces gelijkmatig te verdelen, moeten alle drie de verstelassen synchroon uit de wind worden bewogen.
Moog heeft de oplossing ontwikkeld om te voorkomen dat de bladen in een bepaalde stand blijven hangen bij een encoderstoring – het ‘worst case’ scenario belasting voor een turbine. Uit simulaties blijkt een bijkomend voordeel: de oplossing zorgt ook voor een gesynchroniseerde verstelsnelheid.
Vergeleken met ‘state of the art’ schema’s voor self sensing besturing voor AC inductie- of synchrone motoren biedt de nieuwe closed loop snelheidsregeling tot drie keer het nominale koppel vanuit stilstand om te zorgen voor een veilige en krachtige beweging naar de vaanstand.
Hoog koppel
De regeling van de verstelsnelheid is slechts een van de mogelijkheden die zijn ingebouwd in het AC Pitch Axis Servo (PAS) concept van Moog. De ingebouwde permanent magneet synchrone motor (IPMSM) is speciaal ontworpen voor de bladversteltoepassing. Hij zorgt tijdens de verstelling voor een maximaal rendement bij lage snelheden en een piekkoppel van maximaal 3,5 maal het nominale koppel, zelfs bij netstoring. Het motion control concept garandeert een breed veldverzwakkingsgebied om de verstelsnelheid volledig te beheersen, ook bij uitvallen van het net.
Om te garanderen dat de prestaties voor elke toepassing voldoen aan de eisen die zijn vastgelegd in IEC 61400 en GL 2010, ontwikkelde Moog een gestandaardiseerd kwalificatieproces voor de prestaties van verstelactuatoren. In samenwerking met Fraunhofer-IWES heeft het bedrijf een case study voor een 7 MW turbine uitgevoerd om de invloed van ongelijke bladstanden op de belastingen op de turbinestructuur tijdens de verstelling aan te tonen.
